Быстрый рост ранних галактик мог породить сверхмассивные звезды и семена черных дыр

Международная группа астрофизиков представила результаты симуляций SEEDZ, которые проливают свет на механизмы формирования сверхмассивных звезд и тяжелых семян черных дыр в ранней Вселенной. Исследователи выяснили, что ключевую роль играет быстрый рост галактических гало.

Согласно работе, опубликованной на arXiv (2606.27427), для зарождения сверхмассивных звезд необходим мощный приток газа — более 1 солнечной массы в год в область размером 10 парсек. В симуляциях такие условия возникали только в гало, которые росли exceptionally быстро: их скорость аккреции на вириальном радиусе (сотни парсек) также превышала 1 солнечную массу в год.

Быстрорастущие гало способны поддерживать плотную среду в центре: поток газа в 0,1 солнечной массы в год проникает во внутренний парсек. Это позволяет формироваться сверхмассивным звездам и затем тяжелым семенам черных дыр — начиная примерно через 100 миллионов лет после появления первых звезд в гало.

К эпохе красного смещения z=10 (вселенная возрастом около 500 миллионов лет) большинство тяжелых семян образовывалось в областях с металличностью, близкой к солнечной. Однако меньшинство — в зонах с металличностью всего 0,01 от солнечной. Именно в таких условиях, по предположению авторов, возможна эволюция сверхмассивной звезды в тяжелое семя черной дыры.

Ученые подсчитали, что плотность числа сверхмассивных звезд в симуляциях составляет около 0,1 на кубический мегапарсек. Для объяснения наблюдаемой популяции так называемых «маленьких красных точек» (Little Red Dots) телескопу JWST достаточно заметить лишь одну из 10 000 таких звезд.

Исследование подчеркивает важность быстрого роста гало для понимания эволюции галактик и появления сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Полученные данные помогут интерпретировать будущие наблюдения и уточнить сценарии формирования первых космических структур.